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生物相容性氮掺杂碳点作为 pH 和 Fe³ 传感器的多功能感测应用

摘要:近来，长波长的碳点（CD）(即橙色和红色光）在生物成像和生物医学领域逐渐变得至关重要。本文研究了一种简单的一锅水热法,由对苯二胺制备亮橙色的N掺杂碳点(N-CD）。所得的具有丰富表面官能团的 N-CD 表现出强橙色荧光,一定的水溶性和对 Fe³ 离子和 pH 的明显荧光猝灭。而且,随着Fe³ 浓度和pH值的增加，N-CD的荧光显示出相应的颜色变化。简而言之,由于 N-CD 具有突出的生物相容性和低毒性特征,因此可以被视为监测 pH 和 Fe³ 的高效多功能荧光传感器。

关键词：氮掺杂,长波发射多功能传感器,细胞成像

1. 简介

最近，由于出色的光致发光，作为一种新兴的新兴纳米碳的光 致发光碳点（CD）引起了人们的极大兴趣[1–4]，丰富的前体来源[5]，可轻松实现各种应用的表面功能化[6,7]，生物相容性好，毒性低[8–12]。CD的所有这些独特优点使它们区别于有机染料，并使它们在许多重要领域发挥重要作用，例如荧光传感，药物输送，光电设备和生物成像[10,13–18]。在以前的报道中，大多数 CD 通常会发出强烈的蓝色或绿色荧光，这归因于其脆弱的渗透性甚至对生物细胞造成严重的光学破坏，从而影响了它们在细胞成像 中的性能[14,19–22].因此，显然优选制备具有有效的长波长荧光（特别是红色和橙色）的CD，以扩展CD的实际应用。

近年来，已经针对长波长发射的CD提出了一些策略。例如，江等水热法制备红色，绿色和蓝色的 CD，然后证明它们在生物成像中具有出色的多色荧光性能[14]。Xiong 和他的同事在水热之后，采用柱色谱法制备了 N 掺杂的红色 CD，并成功地将其 CD 用于体内和体外细胞成像[20]。Zhan 及其同事使用 1,3,6-三硝基合成了多色 CD（TNP）作为一罐中不同溶液的前体，用于体外和体内生物成像应用[23]。Chen等以甲酰胺为反应介质合成橙色和蓝色双色 CD，并应用于 LED [21]。但是，它们的 CD 水溶性差，这限制了它们在生物成像和生物传感中的应用[24,25]。因此，迫切需要合成具有 良好水溶性的红色或橙色发光 CD。

众所周知，pH 在我们的环境和生物过程中都是重要的价值[26–28]。pH 值的微小变化都可能导致对我们的环境，动物甚至我们自己的明显反应。pH 测量方法包括NMR [29]，电化学[30-31]和荧光测量[32–34]等。在检测 pH 的不同方法中，使用具有足够生物安全性的CD是有意义的。同时，铁（Fe³ ）是生物体的重要离子之一，因为Fe³ 通过与各种蛋白质结合在生物领域发挥重要作用[35–38]。近来，已经合成了用于检测Fe³ 的一系列CD。Qu等多巴胺作为有效的荧光传感器制备的 CNP，用于灵敏地检测 Fe3 [39]。Zhou 和同事基于柠檬酸前体在一个罐中制备了CD，对Fe³ 具有优异的选择性[40]。贾等提出了一种从黑豆中获取 N-CD 的环保方法，并表现出理想的检测 Fe³ 的灵敏度[41]。然而，尽管有许多关于用于 pH 传感或 Fe3 检测的CD的报道，但关于多功能双模纳米探针的出版物仍然很少。

方案 1.举例说明了 N-CD 和基于 N-CD 的用于检测 Fe³ 和 pH 值的荧光传感平台的合成程序。

本文设计通过简单的溶剂热反应制备具有一定水溶性的 N- CD，该 N-CD具有长波长发射特性，可用于 pH 传感和 Fe3 检测。这将具有重要的生物学意义（方案1 ).